constexpr 基类地址

Question

使用clang 3.4(trunk)，有没有办法用常量表达式计算基类的位移？

struct A { int a; };
struct B { int b; };

struct C: A, B {};

// cannot access base class of null pointer:
constexpr auto c_b_address = /*(size_t)*/ &(B&) *(C*)nullptr; 

Answer 1

是的，可以用常量表达式计算基类的位移，但它根本不是可移植的。您可以使用一个鲜为人知但 documented gcc 扩展，它也受 clang 支持。涉及到__builtin_constant_p与运算符?:一起使用时的使用：

#define CB (&(B&)*(C*)nullptr)
constexpr auto c_b_address = __builtin_constant_p CB ? CB : CB;

请注意，我刚刚使用宏 CB 来说明发生了什么。当然，这也可以通过多次重复表达式来完成。顺便说一句，我第一次知道这个技巧in this question，其中包含有用的背景信息。

您可能已经了解，基本问题是constexpr 表达式中既不允许使用reinterpret_cast，也不允许使用等效的C 风格转换。奇怪的是，C 风格的演员表（如上）被接受，但 reinterpret_cast（不会生成任何代码）不被接受。我还尝试了晦涩但看似合适的->* 运算符，但结果好坏参半：

#define CB1 (&(B&)*(C*)nullptr)
#define CB2 (&((reinterpret_cast<C*>(nullptr))->*(&C::b)))
#define CB3 (&(((C*)(nullptr))->*(&C::b)))
#define CB4 (&(B&)*reinterpret_cast<C*>(nullptr))
#define CB CB1

g++ 4.8.3 和 clang++ 3.4 的结果：

     g++             clang++
--- ------------    --------
CB1  OK              OK
CB2  compile error   compile error
CB3  OK              compiles but gives answer = 0
CB4  compile error   compile error

在我运行 Linux 的 64 位机器上，只有CB1 使用两种编译器产生正确答案 4。使用 gcc，CB1 和 CB2 都可以使用或不使用 __builtin_constant_p。使用 clang 唯一有效的版本是 CB1 和 __builtin_constant_p。

我们为什么要相信这是故意行为？

正如@ShafikYaghmour 在评论中相当合理地询问的那样，“您是否有 gcc 或 clang 参考表明他们支持这种行为？”我将把它扩大到问“存在哪些文件表明这是故意的，而不仅仅是一个奇怪的副作用？”毕竟，如果有人真的要使用它，最好有一些迹象表明它将来可能会继续存在。本节试图解决这个问题。

对于 clang，引用是 the source code itself，其中 VisitConditionalOperator 函数中的注释说：

// If the condition (ignoring parens) is a __builtin_constant_p call,
// the result is a constant expression if it can be folded without
// side-effects. This is an important GNU extension. See GCC PR38377
// for discussion.

这又指向讨论此问题的 gcc 的 Bugzilla bug 38377。具体来说，在 2008 年，此错误被报告为“__builtin_constant_p(t) ? t : 1 is not视为常量整数表达式”。在讨论中，注意到对于条件运算符 (?:)，

是的，这是一个（记录在案的）特殊情况，需要兼容 现有的 GNU C 代码。

还有，

如果您对 C 有此错误，则 GCC 将无法引导，因为它是 GCC 在使用 GCC 构建时所依赖的 GNU C 语义的一部分。

鉴于此，该行为似乎既具体又经过深思熟虑，并且由于 gcc 本身依赖于它，因此可能是一种相当稳定的行为。

不过，关于使用非标准实现细节的所有常见警告仍然适用。如果您可以在运行时执行此操作，则 gcc 和 clang 都可以接受：

ptrdiff_t cb = (char *)(&(B&)*(C*)nullptr) - (char *)nullptr;